2020 Fiscal Year Annual Research Report
| Project Area | Physical Properties of Quantum Liquid Crystals |
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| Project/Area Number |
19H05825
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
紺谷 浩 名古屋大学, 理学研究科, 教授 (90272533)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
求 幸年 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (40323274)
遠山 貴巳 東京理科大学, 理学部第一部応用物理学科, 教授 (70237056)
SHANNON Nic 沖縄科学技術大学院大学, 量子理論ユニット, 教授 (70751585)
有田 亮太郎 国立研究開発法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, チームリーダー (80332592)
池田 浩章 立命館大学, 理工学部, 教授 (90311737)
佐藤 正寛 茨城大学, 理工学研究科(理学野), 准教授 (90425570)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2024-03-31
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| Keywords | 電子液晶 / 電荷液晶 / スピン液晶 / 電子対液晶 / 理論 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
強相関電子系において普遍的に観測される、ナノからメゾスケールの自己組織化を伴う量子液晶状態に対して、下記の理論研究を推進した。
〇電荷液晶： 電荷液晶の新たな可能性として、無散逸の流れを伴うカレント秩序の研究を開始した。面内スピン成分の量揺らぎの量子干渉により、スピン流を伴う新種の電荷液晶が実現することを見出した。また、回転対称性と並進対称性を同時に破るスメクティック電荷液晶が起きる微視的機構を見出し、鉄系超伝導体における隠れた秩序の説明を行った。さらに、Ni酸化物超電導体に対して動的平均場理論の解析を行った。銅酸化物高温超電導体に関して、高精度のARPES実験で観測された小さなフェルミ面に対する理論的説明を行った。
〇スピン液晶： 遍歴マヨラナ準粒子が発現するキタエフスピン系に関して、比熱や熱伝導度などの基礎的な物理量の温度依存性をやランダムネス依存性を明らかにした。また各種3次元キタエフスピン系を負符号問題のない量子モンテカルロ法で研究し、基底状態のゲージ秩序を明らかにした。またGd系スキルミオン物質におけるヘリカルQ構造など、各種スピン系に関する新しいスキルミオン形成機構を明らかにした。
〇第一原理計算： クラスター多極理論に基づく磁気構造の第一原理予測の理論を構築し、膨大な種類の磁性体に対する理路計算を遂行した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
計画班内の理論家同士や、他研究班の実験家との密接な共同研究を積極的に推進し、重要な研究成果を得た。
電荷液晶については、新種の液晶秩序である無散逸の流れを伴うカレント秩序の研究が進展した。また、回転対称性と並進対称性を同時に破るスメクティック電荷液晶の研究が発展し、鉄系および銅酸化物高温超伝導体における未解明問題の解明に寄与した。スピン液晶については、遍歴マヨラナ準粒子が発現するキタエフスピン系に関して、負符号問題のない量子モンテカルロ理論を適用するなどして、大幅に理論を進展させた。また新しいスキルミオン形成機構を明らかにした。第一原理理論に関しては、クラスター多極理論に基づく磁気構造の予測理論を構築した。
これらの成果に基づき、2020年度に計画班のメンバーは41本、公募班のメンバーは16本の査読付き論文を出版した。
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| Strategy for Future Research Activity |
電荷液晶に関しては、鉄系および銅酸化物超伝導体、ニッケル酸化物、重い電子系、捻じれ2層グラフェンなどを研究する。汎関数繰り込み群法や動的平均場理論など最先端の手法を用いた量子液晶の非平衡現象の理論を構築する。
スピン液晶に関しては、キタエフスピン液体を出発点としたカイラルスピン液体やネマチック状態への相転移や、ダイナミクスを研究する。また、高磁場下のスピンネマティック状態を研究する。磁気スキルミオンやヘッジホッグ結晶などの、トポロジカルな磁気状態の変調によるスピン液晶の実現可能性も調べる。
加えて、最新の第一原理的手法を駆使して、電荷液晶やスピン液晶を実現する物質設計の理論に取り組む。さらに高温超伝導体や超高圧誘起高温超伝導体を対象に、ミグダル・エリアシュベルグ近似理論を超えた超伝導理論を構築する。
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[Journal Article] Devil's staircase transition of the electronic structures in CeSb2020
Author(s)
Kuroda Kenta、Arai Y.、Rezaei N.、Kunisada S.、Sakuragi S.、Alaei M.、Kinoshita Y.、Bareille C.、Noguchi R.、Nakayama M.、Akebi S.、Sakano M.、Kawaguchi K.、Arita M.、Ideta S.、Tanaka K.、Kitazawa H.、Okazaki K.、Tokunaga M.、Haga Y.、Shin S.、Suzuki H. S.、Arita R.、Kondo Takeshi
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Journal Title
Nature Communications
Volume: 11
Pages: 2888
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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